《GB/T45616.4-2025自動化系統(tǒng)與集成

面向制造的數(shù)字孿生框架

第4部分

：信息交換》(2026年)深度解析點擊此處添加標題內(nèi)容目錄01制造數(shù)字孿生的“信息血脈”:為何GB/T45616.4是打通數(shù)據(jù)壁壘的核心密鑰?03信息交換的“三維架構(gòu)”:物理實體

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虛擬模型與服務(wù)系統(tǒng)如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同?05通信協(xié)議“選型指南”:標準推薦的協(xié)議有哪些?如何匹配不同制造環(huán)節(jié)的傳輸需求?07質(zhì)量保障“硬指標”:信息交換的準確性

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時效性如何量化?又該如何持續(xù)優(yōu)化?09行業(yè)適配“方法論”:離散與流程制造差異顯著,標準如何實現(xiàn)精準賦能?02040608標準溯源與定位:面向制造的數(shù)字孿生信息交換,為何要確立專屬“游戲規(guī)則”?數(shù)據(jù)“準入”

與“表達”:制造數(shù)字孿生中哪些信息需交換?又該如何標準化呈現(xiàn)?交換模式大揭秘:同步與異步

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推送與拉取,哪種更適配制造場景的動態(tài)需求?信息安全“

防護網(wǎng)”:制造數(shù)字孿生信息交換中,如何筑牢數(shù)據(jù)機密與完整性防線?落地實踐“路線圖”:從設(shè)計到運維,標準如何貫穿制造數(shù)字孿生的全生命周期?、未來演進“風向標”：AI與5G融合下，制造數(shù)字孿生信息交換將迎來哪些新變革？、制造數(shù)字孿生的“信息血脈”：為何GB/T45616.4是打通數(shù)據(jù)壁壘的核心密鑰？數(shù)字孿生落地的核心痛點：制造場景中的“數(shù)據(jù)孤島”困境1當前制造領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用中，設(shè)備、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)割裂嚴重。產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)存于PLC系統(tǒng)，質(zhì)量數(shù)據(jù)散落于MES，供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)在ERP中流轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)格式、語義、傳輸規(guī)則各異，導致虛擬模型無法實時映射物理實體，數(shù)字孿生“虛實融合”價值難以發(fā)揮，這一痛點成為行業(yè)升級的主要障礙。2（二）標準的核心使命：構(gòu)建制造數(shù)字孿生信息交換的“通用語言”GB/T45616.4-2025聚焦信息交換這一核心環(huán)節(jié)，通過明確數(shù)據(jù)采集、傳輸、交互的統(tǒng)一規(guī)范，解決不同系統(tǒng)間的“對話障礙”。其建立的標準體系讓物理設(shè)備、虛擬模型、管理系統(tǒng)能基于同一規(guī)則傳輸數(shù)據(jù)，為數(shù)字孿生的全要素協(xié)同提供基礎(chǔ)支撐，是實現(xiàn)制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵保障。12（三）專家視角：標準對制造行業(yè)的顛覆性價值與長遠影響01從行業(yè)專家視角看，該標準打破了企業(yè)數(shù)字化投入的“重復建設(shè)”怪圈。此前企業(yè)多自主制定數(shù)據(jù)規(guī)則，跨企業(yè)協(xié)作成本極高。標準實施后，將推動形成開放、互聯(lián)的制造數(shù)據(jù)生態(tài)，加速數(shù)字孿生技術(shù)在中小制造企業(yè)的普及，為智能制造產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。02二

、標準溯源與定位：

面向制造的數(shù)字孿生信息交換，

為何要確立專屬“游戲規(guī)則”？標準體系脈絡(luò)：GB/T45616系列的“分工與協(xié)同”邏輯01GB/T45616系列是制造數(shù)字孿生的完整框架體系，第1部分定總體要求，第2部分規(guī)模型構(gòu)建，第3部分明服務(wù)支撐，第4部分聚焦信息交換，形成“基礎(chǔ)-模型-服務(wù)-數(shù)據(jù)”的閉環(huán)。第4部分作為數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)核心，承接前序框架，支撐后續(xù)應(yīng)用落地，是系列標準的“數(shù)據(jù)中樞”。02（二）制造場景特殊性：為何不能直接套用通用信息交換標準？制造場景數(shù)據(jù)具有實時性強、多源異構(gòu)、高可靠性要求等特點。通用信息交換標準難以滿足產(chǎn)線毫秒級數(shù)據(jù)傳輸需求，也無法適配設(shè)備、工藝、質(zhì)量等多類型數(shù)據(jù)的語義統(tǒng)一。該標準針對制造場景定制，解決了通用標準在實時性、兼容性上的短板。（三）國際對標與自主創(chuàng)新：標準的全球化視野與本土化適配標準制定過程中對標ISO/IEC數(shù)字孿生相關(guān)標準，吸收國際先進經(jīng)驗，同時結(jié)合我國制造產(chǎn)業(yè)特點進行創(chuàng)新。針對我國裝備制造、汽車等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的共性需求，增加了本土化數(shù)據(jù)接口規(guī)范，既與國際接軌，又保障了我國制造企業(yè)的應(yīng)用適配性。12、信息交換的“三維架構(gòu)”：物理實體、虛擬模型與服務(wù)系統(tǒng)如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同？架構(gòu)設(shè)計核心：以“數(shù)據(jù)鏈路”串聯(lián)制造數(shù)字孿生三要素標準提出“物理-虛擬-服務(wù)”三維信息交換架構(gòu)，物理層負責設(shè)備數(shù)據(jù)采集，虛擬層處理模型數(shù)據(jù)交互，服務(wù)層實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)協(xié)同。架構(gòu)以數(shù)據(jù)鏈路為核心，明確各層數(shù)據(jù)交互邊界與規(guī)則，確保物理實體狀態(tài)、虛擬模型參數(shù)、服務(wù)系統(tǒng)指令的精準同步。（二）物理實體層：數(shù)據(jù)采集的“入口規(guī)范”與實時性保障物理實體層規(guī)定了傳感器、PLC、數(shù)控機床等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集規(guī)范，明確模擬量、數(shù)字量等數(shù)據(jù)的采集頻率、精度要求。通過標準化接口模塊，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的即插即用采集，同時采用邊緣計算技術(shù)降低傳輸延遲，保障數(shù)據(jù)實時性。（三）虛擬模型層：模型數(shù)據(jù)的“雙向交互”與一致性維護虛擬模型層確立了模型參數(shù)與物理實體狀態(tài)的雙向交互機制。物理數(shù)據(jù)驅(qū)動虛擬模型更新，虛擬模型仿真結(jié)果反饋至物理系統(tǒng)優(yōu)化工藝。標準明確模型數(shù)據(jù)格式與版本管理規(guī)則，確保虛擬模型與物理實體的“數(shù)字同源”，避免數(shù)據(jù)偏差導致的仿真失效。服務(wù)系統(tǒng)層：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的“跨域流轉(zhuǎn)”與協(xié)同決策支撐01服務(wù)系統(tǒng)層涵蓋MES、ERP、SCM等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，標準規(guī)范了各系統(tǒng)間的接口與數(shù)據(jù)交互協(xié)議。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中臺架構(gòu)，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、質(zhì)量檢測、供應(yīng)鏈等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的跨域流轉(zhuǎn)，為企業(yè)協(xié)同決策提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐，提升生產(chǎn)運營效率。02、數(shù)據(jù)“準入”與“表達”：制造數(shù)字孿生中哪些信息需交換？又該如何標準化呈現(xiàn)？核心交換信息清單：制造全流程的數(shù)據(jù)“必選項”與“可選項”01標準明確核心交換信息包括物理實體狀態(tài)數(shù)據(jù)（如設(shè)備運行參數(shù)、能耗）、虛擬模型數(shù)據(jù)（如仿真參數(shù)、幾何模型）、工藝數(shù)據(jù)（如加工參數(shù)、工序流程）、質(zhì)量數(shù)據(jù)（如檢測結(jié)果、缺陷信息）等。同時區(qū)分必選與可選數(shù)據(jù)，適配不同制造場景需求。02（二）數(shù)據(jù)分類與編碼：實現(xiàn)“數(shù)據(jù)身份唯一”的標準化方案為解決數(shù)據(jù)語義歧義，標準建立制造數(shù)字孿生數(shù)據(jù)分類體系，按“實體-模型-工藝-質(zhì)量-服務(wù)”五大類細分，每類數(shù)據(jù)賦予唯一編碼。編碼采用“10位層級結(jié)構(gòu)”，包含行業(yè)標識、數(shù)據(jù)類型等信息，確保數(shù)據(jù)在全行業(yè)內(nèi)的語義統(tǒng)一。（三）數(shù)據(jù)格式標準：從結(jié)構(gòu)化到非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的“統(tǒng)一表達”A標準規(guī)定結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用JSON-LD格式，保障機器可讀性；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如圖紙、視頻）采用標準化封裝格式，附加元數(shù)據(jù)描述。針對3D模型數(shù)據(jù)，推薦采用STEPAP242格式，實現(xiàn)設(shè)計與制造環(huán)節(jié)的模型數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)，避免格式轉(zhuǎn)換導致的信息丟失。B數(shù)據(jù)元規(guī)范：最小數(shù)據(jù)單元的“標準化定義”與應(yīng)用價值數(shù)據(jù)元是信息交換的最小單元，標準對每個數(shù)據(jù)元的名稱、定義、數(shù)據(jù)類型、取值范圍進行明確規(guī)范。例如“設(shè)備運行溫度”數(shù)據(jù)元，明確取值范圍0-300℃,精度0.1℃,確保不同系統(tǒng)對同一數(shù)據(jù)元的理解一致，為數(shù)據(jù)共享奠定基礎(chǔ)。12五

、交換模式大揭秘：

同步與異步

、推送與拉取，

哪種更適配制造場景的動態(tài)需求？標準將信息交換模式分為同步與異步、推送與拉取兩組類型，根據(jù)制造場景的實時性、數(shù)據(jù)量需求匹配模式。例如產(chǎn)線實時控制場景采用“同步+推送”模式，確保指令即時下達；批量數(shù)據(jù)統(tǒng)計場景采用“異步+拉取”模式，降低系統(tǒng)負載。交換模式分類：基于制造場景需求的“精準匹配”邏輯010201（二）同步交換：毫秒級響應(yīng)場景的“數(shù)據(jù)傳輸保障”方案同步交換適用于設(shè)備控制、實時監(jiān)測等場景，標準規(guī)定其響應(yīng)時間需≤100ms，采用TCP協(xié)議保障連接穩(wěn)定性。通過建立專用數(shù)據(jù)傳輸通道，避免網(wǎng)絡(luò)擁堵影響傳輸效率，同時設(shè)置超時重傳機制，確保關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)的可靠傳輸，防止生產(chǎn)中斷。異步交換針對日志數(shù)據(jù)、歷史報表等大流量場景，采用消息隊列機制，數(shù)據(jù)先存儲再異步傳輸。標準規(guī)定異步交換需支持斷點續(xù)傳，采用壓縮算法降低數(shù)據(jù)量，并明確數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級設(shè)置規(guī)則，確保重要數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸，提升整體傳輸效率。（三）異步交換：大流量數(shù)據(jù)場景的“高效傳輸策略”010201推送與拉?。夯跀?shù)據(jù)需求的“主動與被動”傳輸選擇標準推薦設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采用推送模式，主動向虛擬模型和服務(wù)系統(tǒng)發(fā)送更新；業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)根據(jù)需求采用拉取模式，避免無效數(shù)據(jù)傳輸。同時規(guī)范推送頻率與拉取權(quán)限管理，例如設(shè)備故障數(shù)據(jù)實時推送，生產(chǎn)報表數(shù)據(jù)按小時拉取，平衡實時性與資源消耗。12、通信協(xié)議“選型指南”：標準推薦的協(xié)議有哪些？如何匹配不同制造環(huán)節(jié)的傳輸需求？0102協(xié)議選型核心原則：以“可靠性、實時性、兼容性”為三角支撐標準確立協(xié)議選型三原則：關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)優(yōu)先保障可靠性，實時監(jiān)測環(huán)節(jié)聚焦實時性，跨系統(tǒng)交互側(cè)重兼容性。基于此原則，針對不同制造環(huán)節(jié)推薦適配協(xié)議，形成“場景-需求-協(xié)議”的匹配體系，避免協(xié)議選擇的盲目性。（二）設(shè)備層協(xié)議：OPCUA與Modbus的“分工與協(xié)同”應(yīng)用01設(shè)備層推薦OPCUA與Modbus協(xié)議，OPCUA用于多源設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集與傳輸，支持語義化描述，適配智能設(shè)備；Modbus用于傳統(tǒng)傳感器、PLC的數(shù)據(jù)采集，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。標準明確兩種協(xié)議的接口轉(zhuǎn)換規(guī)則，實現(xiàn)新老設(shè)備的兼容接入。02（三）控制層協(xié)議：PROFINET與EtherCAT的“實時性競爭”與場景適配A控制層聚焦實時控制，推薦PROFINET與EtherCAT協(xié)議。PROFINET適用于中高速離散制造場景，循環(huán)周期≤1ms；EtherCAT適用于高速精密制造場景，循環(huán)周期可達百微秒級。標準明確兩種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與配置規(guī)范，確?？刂浦噶畹木珳蕚鬏敗企業(yè)層協(xié)議：MQTT與HTTP/2的“跨域傳輸”優(yōu)勢發(fā)揮01企業(yè)層側(cè)重跨系統(tǒng)、跨企業(yè)數(shù)據(jù)傳輸，推薦MQTT與HTTP/2協(xié)議。MQTT采用發(fā)布-訂閱模式，適用于低帶寬、遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，適配供應(yīng)鏈協(xié)同場景；HTTP/2支持多路復用，適用于Web端業(yè)務(wù)系統(tǒng)交互。標準規(guī)范了兩種協(xié)議的安全配置與數(shù)據(jù)封裝要求。02協(xié)議轉(zhuǎn)換機制：實現(xiàn)多協(xié)議環(huán)境下的“無縫數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)”針對制造企業(yè)多協(xié)議并存現(xiàn)狀，標準提出協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)方案，明確網(wǎng)關(guān)的功能要求與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則。網(wǎng)關(guān)需支持OPCUA與Modbus、PROFINET與MQTT等常見協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換，確保不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)能無縫流轉(zhuǎn)，保護企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備投資。12、信息安全“防護網(wǎng)”：制造數(shù)字孿生信息交換中，如何筑牢數(shù)據(jù)機密與完整性防線？安全風險識別：制造數(shù)字孿生信息交換的“三大核心威脅”標準明確信息交換面臨的核心威脅：數(shù)據(jù)傳輸過程中的竊聽與篡改、未授權(quán)訪問導致的敏感數(shù)據(jù)泄露、協(xié)議漏洞引發(fā)的系統(tǒng)入侵。這些威脅可能導致生產(chǎn)中斷、商業(yè)機密泄露，因此安全防護是信息交換的重中之重，需建立全鏈路防護體系。（二）數(shù)據(jù)加密：傳輸與存儲環(huán)節(jié)的“雙重加密”保障策略01標準規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用TLS1.3加密協(xié)議，對傳輸數(shù)據(jù)進行端到端加密；數(shù)據(jù)存儲采用AES-256加密算法，敏感數(shù)據(jù)（如工藝配方）額外采用國密算法SM4加密。同時明確加密密鑰的生成、分發(fā)與銷毀規(guī)范，防止密鑰泄露導致加密失效。02（三）訪問控制：基于“最小權(quán)限原則”的身份認證與權(quán)限管理建立三級身份認證體系，設(shè)備采用硬件加密狗認證，系統(tǒng)用戶采用“密碼+動態(tài)令牌”認證，管理員采用生物識別認證。權(quán)限管理遵循最小權(quán)限原則，按“設(shè)備操作-系統(tǒng)管理-決策支持”分級授權(quán)，明確各角色的數(shù)據(jù)訪問范圍，防止越權(quán)訪問。安全審計：全流程日志記錄與“異常行為”追溯機制標準要求建立信息交換全流程審計日志，記錄數(shù)據(jù)采集、傳輸、訪問的時間、主體、內(nèi)容等信息，日志保存期限不少于6個月。同時規(guī)定異常行為監(jiān)測指標，如數(shù)據(jù)傳輸頻率異常、權(quán)限變更等，觸發(fā)異常后自動告警并追溯源頭，實現(xiàn)安全事件的快速響應(yīng)。12、質(zhì)量保障“硬指標”：信息交換的準確性、時效性如何量化？又該如何持續(xù)優(yōu)化？質(zhì)量評價指標體系：從“定性描述”到“定量考核”的轉(zhuǎn)變標準建立包含準確性、時效性、完整性、可靠性四大類的質(zhì)量評價指標體系，每類指標明確量化標準。例如準確性用數(shù)據(jù)誤差率≤0.1%衡量，時效性用傳輸延遲分級考核，完整性要求數(shù)據(jù)缺失率≤0.01%，形成可量化、可考核的質(zhì)量評價體系。12（二）準確性保障：數(shù)據(jù)校驗與糾錯的“全流程控制”方案為保障數(shù)據(jù)準確性，標準規(guī)定數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)采用雙重校驗（硬件校驗+軟件校驗），傳輸環(huán)節(jié)采用CRC-32校驗碼檢測數(shù)據(jù)完整性。針對易出錯的工藝參數(shù)，設(shè)置閾值校驗機制，超出合理范圍即觸發(fā)數(shù)據(jù)糾錯流程，確保數(shù)據(jù)精準。（三）時效性優(yōu)化：從網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化到數(shù)據(jù)優(yōu)先級的“系統(tǒng)提升”策略時效性優(yōu)化從三方面著手：網(wǎng)絡(luò)層面采用5G+工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)，降低傳輸延遲；數(shù)據(jù)層面按重要性分級，關(guān)鍵數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸；系統(tǒng)層面優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法，減少數(shù)據(jù)處理時間。標準明確不同場景的時效性指標，如控制指令延遲≤50ms，確保優(yōu)化方向清晰。質(zhì)量持續(xù)改進：基于PDCA循環(huán)的“動態(tài)優(yōu)化”機制標準引入PDCA循環(huán)（計劃-執(zhí)行-檢查-處理）的質(zhì)量改進機制，定期對信息交換質(zhì)量指標進行檢測，分析偏差原因，制定改進措施并落地執(zhí)行。同時鼓勵企業(yè)建立質(zhì)量改進數(shù)據(jù)庫，積累優(yōu)化經(jīng)驗，實現(xiàn)信息交換質(zhì)量的持續(xù)提升。12、落地實踐“路線圖”：從設(shè)計到運維，標準如何貫穿制造數(shù)字孿生的全生命周期？設(shè)計階段：信息交換需求分析與“前置化”規(guī)劃設(shè)計階段需基于制造場景明確信息交換需求，按標準梳理需交換的數(shù)據(jù)類型、頻率、安全要求，制定信息交換方案。標準要求設(shè)計階段完成數(shù)據(jù)接口規(guī)范定義與協(xié)議選型，將信息交換規(guī)劃前置，避免后期改造帶來的成本增加與功能沖突。（二）實施階段：設(shè)備接入、系統(tǒng)集成的“標準化操作”指南實施階段核心是按標準完成設(shè)備接入與系統(tǒng)集成。設(shè)備端安裝標準化數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)即插即用；系統(tǒng)端采用標準接口與協(xié)議完成集成，進行數(shù)據(jù)格式與語義的一致性校驗。標準提供實施checklist，確保每個環(huán)節(jié)符合規(guī)范，降低實施風險。12（三）運行階段：實時監(jiān)控與“動態(tài)調(diào)整”的高效運維策略運行階段需建立信息交換實時監(jiān)控系統(tǒng)，按標準指標監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與安全狀態(tài)。針對運行中出現(xiàn)的協(xié)議兼容性問題、數(shù)據(jù)延遲等情況，按標準的優(yōu)化機制進行動態(tài)調(diào)整。同時定期進行系統(tǒng)巡檢，確保信息交換持續(xù)穩(wěn)定運行。升級階段：技術(shù)迭代下的“平滑過渡”與標準適配方案當制造系統(tǒng)升級或引入新技術(shù)時，標準提供平滑過渡方案。明確新老系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的兼容規(guī)則，新設(shè)備接入需符合標準的最新要求，同時保留對老設(shè)備協(xié)議的兼容支持。確保升級過程中信息交換不中斷，保護企業(yè)前期投入的資產(chǎn)價值。十

、行業(yè)適配“方法論”：

離散與流程制造差異顯著

，標準如何實現(xiàn)精準賦能？行業(yè)差異分析：離散與流程制造的“信息交換核心訴求”對比離散制造（如汽車、機械）數(shù)據(jù)特點是多品種、小批量，需頻繁交換訂單、工藝數(shù)據(jù)；流程制造（如化工、鋼鐵）數(shù)據(jù)特點是連續(xù)生產(chǎn)，需實時交換過程控制與能耗數(shù)據(jù)。標準明確兩類制造的核心訴求差異，為精準適配提供依據(jù)。（二）離散制造適配：多品種小批量場景的“柔性交換”方案針對離散制造，標準推薦采用“模塊化信息交換架構(gòu)”，按產(chǎn)品批次動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)交換內(nèi)容與頻率。采用MQTT協(xié)議實現(xiàn)分布式生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)協(xié)同，通過標準化工藝模板快速適配新車型、新產(chǎn)品的信息交換需求，提升柔性生產(chǎn)能力。（三）流程制造適配：連續(xù)生產(chǎn)場景的“高可靠實時交換”策略流程制造需保障生產(chǎn)連續(xù)性，標準推薦采用EtherCAT+TLS加密的高可靠傳輸方案，確?？刂浦噶钆c過程數(shù)據(jù)的實時、安全傳輸。建立冗余數(shù)據(jù)鏈路，當主鏈路故障時自動切換至備用鏈路，避免數(shù)據(jù)中斷導致的生產(chǎn)事故?？缧袠I(yè)協(xié)同：供應(yīng)鏈場景下的